Xenobiochemie Matej Kohutiar.

Prezentace na téma: "Xenobiochemie Matej Kohutiar."— Transkript prezentace:

1 Xenobiochemie Matej Kohutiar

2 Osnova 1.Vstup xenobiotik do organizmu 2. Eliminace xenobiotik
3. Biotransformace xenobiotik -I. a II. fáze -enzymové systémy -cytochrom P-450 4. Biochemický a klinický význam biotransformace -interakce cytochromů -degradace vybraných molekul -chemická kancerogeneze 5.Exkrece xenobiotik 6. Metalothioneniny

3 Zdroje xenobiotik Primární zdroje – chemický průmysl Sekundární zdroje
Příklad Zemědelství Pesticidy, herbicidy Lékařství Syntetické látky Potravinářství Aditiva, ochucovadla, barviva Energetický průmysl CO2, SO2, popílek Doprava NOx, olovo, CO2 Spotřební průmysl Plasty, barviva, nátěry Z. KnejzlIk, J. Kas, and T. Ruml Mechanism of Xenobiotics Entry into the Organism and Their Detoxication

4

5 Vstup xenobiotika do organizmu
Trávicí systém Respirační systém Kůže Krycí epitel; lipidy a fosfolipidy; povrch – vysoká resorpční schopnost Fyzikální a chemické vlastnosti molekul

6 Lipid Composition of Cell Membranes a Lipid Plasma membrane
 % protein  % lipid  % carbohydrate  myelin  18  79  3  human erythrocyte plasma membrane  49  43  8  mitochondrial inner membrane  24  0  Lipid Composition of Cell Membranes a Lipid Plasma membrane Rough endoplasmic reticulum Outer mitochondrial membranes E. coli Erythrocyte Phosphatidylcholine 17 55 50 Phosphatidylserine 6 3 2 Phosphatidylethanolamine 80 16 Sphingomyelin 5 Glycolipids Cholesterol 45 <5

7 Maeda et al: Polymeric drugs for efficient tumor-targeted drug delivery based on EPR-effect,European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics Volume 71, Issue 3, March 2009, Pages 409–419 Misra et al: Drug delivery to the central nervous system: a review, J Pharm Pharmaceut Sci 6(2): , 2003

8 Dosažení cílové tkáně Volná difuze Facilitovaná difuze
Aktivní tranposrt Endocytosa

9 Fyzikálně-chemické vlivy
David W. A. Bourne PHAR 7633 Chapter 3 Biopharmaceutics and Pharmacokinetic Introduction

10 pH a absorpce

11 pH a absorpce

12 Eliminace xenobiotik Biotransformace a zvýšení polarity Detoxikace
Snížení/ zvýšení účinku Aktivace a chemická karcinogeneze

13 Eliminace xenobiotik Renální exkrece : Jaterní eliminace
Filtrace Aktivní tubulární sekrece Tubulární reabsorpce Biotransformace Lipofilita, ionizace, vazba na proteiny, molek. hmotnost Jaterní eliminace Eliminace žlučí Alternativní cesty: plíce, kůže, mozek, vlasy

14 Eliminace xenobiotik Moschetta et al.
BS, PL, and biliary cholesterol carriers

15 http://www. 78steps. com/human-physiology/enterohepatic-circulation

16 Biotransformace xenobiotik
Enzymatická konverze (většinou) Lokalizace: játra, ledviny, plíce, GIT, mozek … Endoplazmatické retikulum a cytosol

17 Biotransformace xenobiotik
I fáze: mikrosomy Oxidace, hydroxylace, deaminace, epoxidace, sulfoxidace, N- oxidace, hydrolýzy II.fáze: cytosol Konjugace Zvýšení polarity molekuly

18 Enzymové systémy I.fáze katalyzující redukční reakce
Monooxygenázy Flavínové Oxidázy se smíšenou funkcí CYP 450 Dioxygenázy Štěpící Neštěpící aromatické kruhy Peroxidázy

19 Enzymové systémy I.fáze katalyzující redukční reakce
NADPH: chinonoxidoreduktáza (diaforasa) Xanthinoxidasa NADPH:cytochrom P450 oxidoreduktasa

20 Enzymové systémy I.fáze
Hydrolázy Arylesterázy Acetylesterázy Cholínesterázy

21 Cytochromy P 450 Hemoproteiny s porfyrinovým skeletem

22 A-H + O2 + NADPH → A-OH + H2O + NADP+
Cytochromy P 450 A-H + O2 + NADPH → A-OH + H2O + NADP+ NADPH:cytochrom P450 reduktasa (ER) Ferredoxinreduktasa (mitochondrie)

23 Groves J T PNAS 2003;100:

24 Schenkman JB: The many roles of cytochrome b5;
Pharmacology & Therapeutics Vol97, Iss 2, 2003, P139–152

25 Klasifikace CYP450 CYP 3A4 3: >40% podobnost A: >55% podobnost
Steroly Xenobiotika Mastné kyseliny Eikosanoidy Vitaminy Neznámé 1B1 1A1 2J2 4F2 2R1 2A7 7A1 1A2 4A11 4F3 24A1 2S1 7B1 2A6 4B1 4F8 26A1 2U1 8B1 2A13 4F12 5A1 26B1 2W1 11A1 2B6 8A1 26C1 3A43 11B1 2C8 27B1 4A22 11B2 2C9 4F11 17A1 2C18 4F22 19A1 2C19 4V2 21A2 2D6 4X1 27A1 2E1 4Z1 39A1 2F1 20A1 46A1 3A4 27C1 51A1 3A5 CYP 3A4 3: >40% podobnost A: >55% podobnost podrodina 4: pomocná kritéria Guengerich FP. Cytochrome P450s and Other Enzymes in Drug Metabolism and Toxicity. AAPS Journal. 2006; 8(1)

26 Guengerich FP. Cytochrome P450s and Other Enzymes in Drug Metabolism and Toxicity. AAPS Journal. 2006; 8(1)

27 II.Fáze biotransformace xenobiotik
Další zvýšení polarity molekuly Konjugační činidlo reaguje s vhodnou funkční skupinou v molekule xenobiotika Většinou probíhá v cytoplazmě Glukuronidace, sulfatace Glutation, glycin

28 Chem. Listy 94, 913 n 918 (2000)

29

30 Konjugáty

31 Inhibice a indukce CYP 450 1A2 2D6 3A4 Inhibitor Ciprofloxacine
Fluoxetine Fluvoxamine Paroxetine Caffeine Haloperidol Verapamil Duloxetine Cimetidine Clomipramine Diltiazem Bupropion Nefazodone Grapefruit Induktor Phenobarbital Modafinil Phenytoin Carbamazepine Omeprazol Tobacco St. John´s Wort

32 Interakce CYP3A Metabolizmus: blokátory Ca kanálů Benzodiazepiny
Inhibitory: Ketokonazol Itrakonazol Fluconazol Cimetidine Clarithromycin Erythromycin Grapefruit Metabolizmus: blokátory Ca kanálů Benzodiazepiny Antivirotika HIV Inhibitory HMG-CoA- reduktázy Cyclosporin Non-sedativní antihistaminika Induktory: carbamazepine rifampicine ritonavir třezalka tečkovaná

33 CYP a steroidogeneze Loose et al: ketokonazole blocks adrenal steroidogenesis by inhibiting CYP 450 dependent enzymes. J Clin Invest Vol 71. p Daniel W Nebert, David W Russell, Clinical importance of the cytochromes P450, The Lancet, Vole 360, Iss 9340, 2002, P

34 Degradace vybraných léčiv diazepam a carbamazepine

35 Degradace vybraných léčiv paracetamol

36 Degradace aromatických uhlovodíků

37 Biotransformace ethan-1,2-diol a aromatické KK

38 Chemická karcinogeneze aflatoxin B1
Annie Pfohl-Leszkowicz, Chapter 7 Formation, Persistence and Significance of DNA Adduct Formation in Relation to Some Pollutants from a Broad Perspective, In: James C. Fishbein, Editor(s), Advances in Molecular Toxicology, Elsevier, 2008, Volume 2, Pages , ISSN , ISBN , /S (07) (

39 Chemická karcinogeneze Aristolochové kyseliny
Stiborova M:Studium enzymů biotransformujících xenobiotika jako nástroj poznání mechanizmu působení kancerogenů a konstrukce kancerostatik nové generace.

40 Exkrece xenobiotik GFR (gradient, polarita, pH)
GIT – žluč, enterohepatální oběh, stolice P-glykoprotein Drug resistance in brain diseases and the role of drug efflux transporters Wolfgang Löscher & Heidrun Potschka Nature Reviews Neuroscience 6, (August 2005)

41 Metalothioneiny Malé proteiny (500-1400 Da) bohaté na Cys
Golgiho aparát (játra, ledviny, střevo) Detoxikace Cd, Hg, Ag, As Indukované kovy Klaassen et al: METALLOTHIONEIN: An Intracellular Protein to Protect Against Cadmium Toxicity Annual Review of Pharmacology and Toxicology Vol. 39: